This study investigated the effect of a co-culture of Scenedesmus dimorphus and nitrifiers using artificial wastewater on the removal of ammonium, nitrate and phosphate in the advanced treatment. To test the synergistic effect of the co-culture, we compared the co-culture treatment with the cultures using S. dimorphus-only and nitrifiers-only treatment as controls. After 6 days of incubation, nitrate was removed only in the co-culture treatment and total amount of N removal was 1.3 times and 1.6 times higher in the co-culture treatment compared to those in the S. dimorphus- and nitrifiers-only treatments, respectively. In case of total amount of P, co-culture treatment removed 1.2 times and 12 times more P than the S. dimorphus -and nitrifiers-only conditions, respectively. This indicates that the co-culture improved removal rates for ammonium, nitrate, and phosphate. This further implies that there was no need for denitrification of nitrate and luxury uptake of P processes because nitrate and phosphate can be removed from the uptake by S. dimorphus. In addition, co-culture condition maintained high DO above 7 mg/L without artificial aeration, which is enough for nitrification, implying that co-culture has a potential to decrease or remove aeration cost in the wastewater treatment plants.

기본적으로 박테리아는 유기물로부터 에너지를 획득하고 성장하는 과정에서 산소를 소비하고 이산화탄소를 발생시키며, 미세조류는 빛과 이산화탄소를 이용해 광합성 하는 과정에서 영양물질을 흡수하고, 산소를 생산한다. 이러한 미세조류와 박테리아를 혼합배양(co-culture)할 경우, 미세조류는 박테리아의 활성에 필요한 산소를 공급하고, 박테리아는 미세조류의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급함으로써 서로 공생관계를 유지하게 된다. 본 연구에서는 미세조류와 박테리아의 공생관계를 하폐수처리에 적용하는 연구의 일환으로, 하폐수처리 공정 내에서 질소 제거에 있어 가장 큰 역할을 담당하고 있는 박테리아인 질산화 박테리아와 미세조류와의 co-culture에 대한 연구를 진행하였다. 질산화 박테리아는 독립영양미생물로써, 유기물 대사는 하지 못하지만 하수처리에서 중요한 질소제거 관점에서 봤을 때, 미세조류의 NH4+ 및 NO3-의 섭취와 박테리아의 질산화에 따른 NH4+ 의 제거 및 NO3-의 생성에 의해 하수 내 질소의 상호 보완적 구조를 갖기 때문이다. 질산화 박테리아와 미세조류의 co-culture로 인한 효과를 파악하기 위해, 미세조류만 있는 조건과 질산화 박테리아만 있는 조건을 대조군(control)으로 설정하였다. 반응기는 2.5L 용량의 원통형 반응기를 사용하였으며, working volume은 2L로 하여 운전하였다. 폭기는 박테리아 단일조건에만 0.1 vvm으로 약하게 해주었으며, 슬러지와 미세조류의 침강을 막기 위해 세 조건 모두 150 rpm으로 교반해주었다. 실험에 사용한 배지는 modified BBM 배지로, 초기농도 NH4-N 50 mg/L, NO3-N 50 mg/L, PO4-P 15 mg/L로 설정하였다. 실험 결과, 미세조류와 질산화 박테리아의 co-culture 조건이 미세조류 및 박테리아 단일조건과 비교하여 질소(NH4-N, NO3-N) 및 인 제거속도 모두 월등히 빠르게 나타났으며, 미세조류 성장속도 및 성장량 측면에는 큰 차이가 나타나지 않았다.